近期，来自曼彻斯特的Nair组在Nature Materials报道指出通过调控GO膜的层状结构，可实现GO膜在OSN领域的应用，对甲醇中小的有机染料分子可达到99.9%的脱除率，为GO膜在过滤和分离领域的应用开辟了一个新的方向。如图所示，通过在阳极氧化铝上真空抽滤大片层的GO水溶液(片层直径为10-20 mm)可得到超薄的GO膜。AFM结果表明GO膜的厚度大约为8nm。与小片层的GO(片层直径为0.1~0.6 mm)膜相比，大片层GO膜XRD的衍射峰更窄，说明其片层取向性更好。这是由于大片层GO片之间有更大的接触面积所以结合更紧密有序。

用各种盐离子和分子的水溶液为进料液，对这种高度取向的GO膜(Highly laminated GO membrane, HLGO)进行分子分离性能测试，结果表明HLGO膜表现出明显的分子去除分界点，即可截留所有水合半径大于4.5的分子或离子。以水和有机溶剂为例，对HLGO膜进行了液体透过率的测试。有趣的是，这种HLGO膜对所有测试溶剂都是高度通透的，并且和溶剂粘度的倒数成线性关系，所以具有最小粘度的正己烷拥有最高的透过率。将几种染料分子溶于甲醇中用来评估HLGO膜在OSN领域的应用潜能，测试结果表明几乎100%的染料都被有效截留，溶剂的透过率仅降低了30%左右。

事实上，这样的性能对OSN应用来讲是很不容易的，而且与之前的OSN膜对比，HLGO膜同时具备高通量和高截留率。为了分析有机溶剂的透过机理，HLGO膜在不同溶剂中的层间距用XRD进行了分析。结果表明极性溶剂会插层入GO层片间而非极性溶剂对其层间距没有任何影响。这个结果也就排除了有机溶剂是通过二维纳米通道传输的可能。因此，他们提出了一种“针孔”(pinholes)的传质通道。这种针孔是GO片相互搭接过程中边缘部分没有搭接完整而留下的小孔。有机溶剂在针孔中快速传输，然后从一个针孔转向下一个针孔实现跨膜传输，而GO片层间距通过物理排除效应实现原子级的精确筛分。

图1 (a)在阳极氧化铝基底上的HLGO膜SEM图;(b)HLGO膜和小片层GO膜的XRD图;(c)HLGO膜对不同分子的分离性能;(d)HLGO膜对不同溶剂的透过性能;(e)HLGO膜对甲醇溶剂中染料小分子的过滤性能;(f)HLGO膜OSN性能与之前报道的OSN膜对比;(g)HLGO膜在不同溶剂中的XRD图;(f)“针孔”结构的示意图。

由于对水溶液和有机溶液独特的溶剂超快传输效应和精细的分子分离性能，GO膜将继续在分子过滤和分离领域里备受关注。设计和制备具有杂乱的层片结构和更小的片层间距的微米厚的GO膜将促进其在OSN领域的应用进程。

参考文献：

[11] Q.Yang, Y. Su, C. Chi, et al. Ultrathingraphene-based membrane with precise molecular sieving and ultrafast solvent permeation.Nature Materials, 2017, 16: 1198-1202